高中物理——受力分析專題習(xí)題及答案(詳細(xì)解答)

1、學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考高中專題習(xí)題一一受力分析例1如圖6-1所示，A B兩物體的質(zhì)量分別是 m和R2,其接觸面光滑，與水平面的 夾角為。，若A、B與水平地面的動(dòng)摩擦系數(shù)都是科，用水平力F推A,使A、B一起加速運(yùn)動(dòng)，求：(1) A B間的相互作用力(2)為維持 A B間不發(fā)生相對滑動(dòng)，力 F的取值范圍。學(xué)習(xí)資料圖6-1圖2分析與解：A在F的作用下，有沿 A B間斜面向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，據(jù)題意，為維持 A B 間不發(fā)生相對滑動(dòng)時(shí)，A處剛脫離水平面，即 A不受到水平面的支持力，此時(shí)A與水平面間的摩擦力為零。本題在求A、B間相互作用力 N和B受到的摩擦力f2時(shí)，運(yùn)用 隔離法；而求A B組成 的系統(tǒng)的

2、加速度時(shí)，運(yùn)用 整體法。(1)對A受力分析如圖6-2 (a)所示，據(jù)題意有：N=0, fi=0因此有：Ncos 0 =mg 1 , F-Nsin 0 =ma 2由1式得A、B間相互作用力為：N=mg/cos 0(2)對 B 受力分析如圖 6-2 (b)所示，則：N2=n2g+Ncos0 3 , f2= N2 4將1、3代入4式得：f 2=科(m1+ m2)g取A、B組成的系統(tǒng)，有：F-f 2=(m1+ m»a 5由1、2、5式解得：F=mg(m1+ m2)(tg 0 - - )/m 2故A、B不發(fā)生相對滑動(dòng)時(shí) F的取值范圍為：0v Fw mg(m1+ m2)(tg 。-科)/m 24

3、米的兩桿例2如圖1-1所示，長為5米的細(xì)繩的兩端分別系于豎立在地面上相距為頂端A Bo繩上掛一個(gè)光滑的輕質(zhì)掛鉤。它鉤著一個(gè)重為12牛的物體。平衡時(shí)，繩中張力T=分析與解：本題為三力平衡問題。其基本思路為： 選對象、分析力、畫力圖、列方程。 對平衡問題，根據(jù)題目所給條件，往往可采用不同的方法，如正交分解法、相似三角形 等。所以，本題有多種解法。解法一：選掛鉤為研究對象，其受力如圖1-2所示設(shè)細(xì)繩與水平夾角為 “，由平衡條件可知：2TSin“=F,其中F=12牛將繩延長，由圖中幾何條件得： Sin a =3/5 ,則代入上式可得 T=10牛。解法二：掛鉤受三個(gè)力，由平衡條件可知：兩個(gè)拉力(大小相等

4、均為T)的合力F'與F大小相等方向相反。以兩個(gè)拉力為鄰邊所作的平行四邊形為菱形。如圖1-2所示，其中力二步 T - 弟=口了上=io的三角形 OEGWADCt目似，則： 丁 如 得：方優(yōu) 討3 牛。心得:掛鉤在細(xì)繩上移到一個(gè)新位置，掛鉤兩邊細(xì)繩與水平方向夾角仍相等，細(xì)繩的張力仍不變。例3 如圖212, m和M保持相對靜止，一起沿傾角為0的光滑斜面下滑，則 M和m間的摩擦力大小是多少？錯(cuò)解:以m為研究對象，如圖213物體受重力 mg支才I力M摩才察力f ,如圖建立坐 標(biāo)有X： mgsind -f = ma (Dy： N - mg cos5 = 0再以N為研究對象分析受力，如圖 214,

5、( m+ M) g - sin 0 = ( M+ m) a據(jù)式，解得f=0所以m與M間無摩擦力。分析與解：造成錯(cuò)解主要是沒有好的解題習(xí)慣，只是盲目的模仿，似乎解題步驟不少， 但思維沒有跟上。要分析摩擦力就要找接觸面，摩擦力方向一定與接觸面相切，這一步是堵住錯(cuò)誤的起點(diǎn)。犯以上錯(cuò)誤的客觀原因是思維定勢，一見斜面摩擦力就沿斜面方向。歸結(jié)還是對物理過程分析不清。解答：因?yàn)閙和M保持相對靜止，所以可以將(MD整體視為研究對象。受力，如圖214,受重力(M十成g、支持力N'如圖建立坐標(biāo)，根據(jù)牛頓第二定律列方程x： (M+n)gsin 0 =(M+m)a解得 a=gsin 0沿斜面向下。因?yàn)橐?m

6、和M間的相互作用力，再以 m為研究對象，受力如圖 215。根據(jù)牛頓第二定律列方程f = m/;那 N3 - mg =因?yàn)閙, M的加速度是沿斜面方向。需將其分解為水平方向和豎直方向如圖216。卜x = a cos 31 ay = asm 8由式，解得 f=mgsin 0 - cos 0方向沿水平方向m受向左的摩擦力，M受向右的摩擦力。例4 如圖2-25天花板上用細(xì)繩吊起兩個(gè)用輕彈簧相連的兩個(gè)質(zhì)量相同的小球。兩小球均保持靜止。當(dāng)突然剪斷細(xì)繩時(shí)，上面小球 A與下面小球B的加速度 為A ai=g a 2=gB. a尸g a 2=gC. ai=2g a 2=0D. ai=0 a 2=g錯(cuò)解:剪斷細(xì)繩時(shí)

7、，以（A+B）為研究對象，系統(tǒng)只受重力，所以加速度為g,所以A, B球的加速度為go故選Ao分析與解：出現(xiàn)上述錯(cuò)解的原因是研究對象的選擇不正確。由于剪斷繩時(shí)，A, B球具有不同的加速度，不能做為整體研究。解答：分別以A, B為研究對象，做剪斷前和剪斷時(shí)的受力分析。剪斷前 A, B靜止。 如圖2-26, A球受三個(gè)力，拉力T、重力mg和彈力F。B球受三個(gè)力，重力mg和彈簧拉力F'A球：T-mg-F=0B球：F' -mg=0由式，解得T=2mg F=mg的剪斷時(shí)，A球受兩個(gè)力, 不可改變，彈力還存在。如圖 和彈力F'。因?yàn)槔K無彈性剪斷瞬間拉力不存在，而彈簧有形米，瞬間形狀2

8、-27 , A球受重力mg彈簧給的彈力 F。同理B球受重力mgA球：-mg-F=maAB球：F' -mg=ma由式解得aA=-2g （方向向下）由式解得aB=0故C選項(xiàng)正確。心得:(1)牛頓第二定律反映的是力與加速度的瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系。合外力不變，加速度不變。合外力瞬間改變，加速度瞬間改變。本題中A球剪斷瞬間合外力變化，加速度就由0變?yōu)?g,而B球剪斷瞬間合外力沒變，加速度不變。例5如圖3-1所示的傳送皮帶，其水平部分ab=2米，bc=4米，bc與水平面的夾角a =37° ,一小物體A與傳送皮帶的滑動(dòng)摩擦系數(shù)a=0.25 ,皮帶沿圖示方向運(yùn)動(dòng)，速率為2米/秒。若把物體A輕輕放到a

9、點(diǎn)處，它將被皮帶送到 c點(diǎn)，且物體A一直沒有脫離皮帶。求物體A從a點(diǎn)被傳送到c點(diǎn)所用的時(shí)間。分析與解：物體A輕放到a點(diǎn)處，它對傳送帶的相對運(yùn)動(dòng)向后，傳送帶對A的滑動(dòng)摩擦力向前,則A作初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)直到與傳送帶速度相同。設(shè)此段時(shí)間為ti,則：ai=a g=0.25x10=2.5 米/秒 2t=v/a i=2/2.5=0.8 秒設(shè)A勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)位移為Si,則：n=土豆=三"=0.6秒設(shè)物體A在水平傳送帶上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2,則 V設(shè)物體A在bc段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為13,加速度為a2,則：a2=g*Sin37 ° -心 gCos37° =10x0.6-0.25x10

10、x0.8=4 米/秒 2he - v /:* /j即4 = 2h+ 1 門4解得：t3=1秒(t3=-2秒舍去)所以物體A從a點(diǎn)被傳送到c點(diǎn)所用的時(shí)間t=t 1+t2+t3=0.8+0.6+1=2.4 秒例6如圖2-1所示，輕質(zhì)長繩水平地跨在相距為 2L的兩個(gè)小定滑輪 A、B上，質(zhì)量為 m的物塊 懸掛在繩上。點(diǎn)，。與A、B兩滑輪的距離相等。在輕繩兩端C、D分別施加豎直向下的恒力 F=mg 先托住物塊，使繩處于水平拉直狀態(tài)，由靜止釋放物塊，在物塊下落過程中，保持C、D兩端的拉力F不變。A L 0 L BFF"(1)當(dāng)物塊下落距離 h為多大時(shí)，物塊的加速度為零？(2)在物塊下落上述距離的

11、過程中，克服C端恒力F做功W為多少?(3)求物塊下落過程中的最大速度VmB最大距離H?分析與解：物塊向下先作加速運(yùn)動(dòng)，隨著物塊的下落，兩繩間的夾角逐漸減小。因?yàn)槔K子對物塊的拉力大小不變，恒等于F,所以隨著兩繩間的夾角減小，兩繩對物塊拉力的合力將逐漸增大，物塊所受合力逐漸減小， 向下加速度逐漸減小。 當(dāng)物塊的合外力為零時(shí)， 速度達(dá)到最大值。 之后, 因?yàn)閮衫K間夾角繼續(xù)減小，物塊所受合外力豎直向上，且逐漸增大，物塊將作加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物塊下降速度減為零時(shí)，物塊豎直下落的距離達(dá)到最大值Hoe角，再由e角求出相應(yīng)的距離 h,進(jìn)當(dāng)物塊的加速度為零時(shí)，由共點(diǎn)力平衡條件可求出相應(yīng)的 而求出克服C

12、端恒力F所做的功。對物塊運(yùn)用動(dòng)能定理可求出物塊下落過程中的最大速度Vm和最大距離Ho(1)當(dāng)物塊所受的合外力為零時(shí)，加速度為零，此時(shí)物塊下降距離為ho因?yàn)镕恒等于mg,所以繩對物塊拉力大小恒為mg,由平衡條件知：2 0 =120° ,所以0 =60° ,由圖2-2知：h=L*tg30 0=門 L1(2)當(dāng)物塊下落h時(shí)，繩的C、D端均上升h',由幾何關(guān)系可得：h' =、"+* -L 2克服C端恒力F做的功為： W=F*h 32君由1、2、3式聯(lián)立解得：W=( 丁 -1 ) mgL(3)出物塊下落過程中，共有三個(gè)力對物塊做功。重力做正功，兩端繩子對物塊的拉力做負(fù)功